劉志剛

摘 要：從性價(jià)比的角度考慮，瀝青是當(dāng)今道路建設(shè)的關(guān)鍵建筑材料，其基本性能的優(yōu)劣以及性能發(fā)揮程度的好壞都決定了道路的實(shí)際建設(shè)質(zhì)量以及使用壽命，因此，能否選擇更加適宜的瀝青及混合比率是影響道路建設(shè)質(zhì)量的根本問題，必須予以高度重視。巖瀝青是廣泛用于道路建設(shè)的主要瀝青選擇，以巖瀝青摻雜其他材料得到的改性瀝青相對于普通瀝青來說，其用于道路建設(shè)，顯現(xiàn)出更好的強(qiáng)度、韌性和抗水性。本文結(jié)合巖瀝青的基礎(chǔ)性質(zhì)分析，分別就不摻雜巖瀝青與摻雜3%的巖瀝青做了道路試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，摻雜的巖瀝青表現(xiàn)出更好的道路性能質(zhì)量，值得推廣使用。

關(guān)鍵詞：巖瀝青；改性瀝青；路用性能試驗(yàn)

中圖分類號：U414 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

我們進(jìn)行試驗(yàn)的巖瀝青選擇天然產(chǎn)于印尼布敦島的巖瀝青，業(yè)界普遍稱其為布敦瀝青，英文簡寫為BRA。有研究表明，利用布敦瀝青原料做成改性瀝青，所得的改性瀝青材料具備比較好的物理力學(xué)性能，非常適合用于載重交通高速公路，以及機(jī)場的跑道等大型路面建設(shè)工程。本研究主要采用的是室內(nèi)進(jìn)行的馬歇爾、車轍以及低溫彎曲試驗(yàn)，對外摻了布敦巖瀝青改性瀝青的路用性能進(jìn)行測評，測評的主要的指標(biāo)有路面的動穩(wěn)定度、靜穩(wěn)定度以及彎曲應(yīng)變度等。

1 巖瀝青材料的基本性質(zhì)

進(jìn)一步分析布敦瀝青的物理構(gòu)成，布敦瀝青中瀝青的實(shí)際凈含量約為20%，其他構(gòu)成物質(zhì)是石灰?guī)r和一些礦物質(zhì)。布敦巖瀝青中所含的瀝青其軟化點(diǎn)通常在70℃～90℃的范圍內(nèi)，且耐老化的性能比較好，一般也可用于對普通石油瀝青的性能改進(jìn)劑?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，布敦巖瀝青中的主要化學(xué)成分依含量分別是碳元素、氧元素、硫元素、硅元素、鈣元素、鋁元素、鎂元素、鉀元素以及鐵元素等，因?yàn)檫M(jìn)行研究的電子探針只可以檢測出從5號硼元素直到92號鈾元素之間的各種元素，而氫元素就不能夠被試驗(yàn)檢測出來。因?yàn)闉r青的主要構(gòu)成就是碳和氫的有機(jī)化合物，瀝青中必然要含有非常多的氫元素。

2 巖瀝青試驗(yàn)

2.1 巖瀝青性能測試

因?yàn)槲覈趲r瀝青的使用領(lǐng)域起步較晚，目前還沒有提出符合國內(nèi)環(huán)境和建設(shè)情況布敦巖瀝青的具體技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)，所以，在實(shí)施整個(gè)試驗(yàn)時(shí)，我們采用了印尼巖瀝青的國家技術(shù)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。在試驗(yàn)中，本項(xiàng)目進(jìn)行摻雜的瀝青混料的集料是來自陜西咸陽的石灰?guī)r，采用的集料其顆粒的粒徑尺寸規(guī)格為s10（10mm～15mm）、s11（5mm～10mm）、s12（3mm～5mm）以及s13（0mm～3mm）；試驗(yàn)巖瀝青的針入度在25℃條件下，取100克，時(shí)間為5s，試驗(yàn)針入度指數(shù)設(shè)定為P.I 1.27 ≥0.6，測定針入深度0.1mm。試驗(yàn)的巖瀝青其延度測定為150 ≥100，測試條件滿足5℃，進(jìn)度為5cm/min，單位取cm。試驗(yàn)巖瀝青的軟化點(diǎn)測定為40℃～60℃；試驗(yàn)巖瀝青的閃點(diǎn)測定為≥240℃；試驗(yàn)巖瀝青的溶解度測定為99.6% ≥99.0%；實(shí)測巖瀝青15℃密度為1.036g/cm?。

2.2 巖瀝青軟化點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果分析

軟化點(diǎn)是目前大多國家用來體現(xiàn)改性瀝青材料的高溫綜合性能的重要指標(biāo)，通過理論分析，瀝青的軟化點(diǎn)與瀝青的黏合程度有著直接的正比例關(guān)系，可直接反應(yīng)出該瀝青的實(shí)際黏度。在試驗(yàn)過程中，通過實(shí)際測定，得到此時(shí)瀝青軟化點(diǎn)的瀝青黏度，大部分瀝青的黏度基本處于1200～1300。瀝青的軟化點(diǎn)越高表明該瀝青的等黏溫度也越高，所以物質(zhì)因受力出現(xiàn)黏滯性流動情況就越發(fā)困難，進(jìn)而提升改性瀝青材料實(shí)際高溫條件下的穩(wěn)定性。

對巖瀝青的軟化點(diǎn)試驗(yàn)，與基體瀝青通過不同摻雜程度高速整合及剪切下對試樣進(jìn)行制備，測定結(jié)果表明，隨著巖瀝青的摻入濃度逐漸提高，改性瀝青的軟化點(diǎn)也會隨著升高。這一結(jié)果表明，巖瀝青對增強(qiáng)改性瀝青的高溫條件下的穩(wěn)定性有正向的促進(jìn)作用，摻入巖瀝青的數(shù)量越大，混合后的瀝青其高溫穩(wěn)定性也越好，基本符合線性正比例關(guān)系。

2.3 巖瀝青進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)的結(jié)果及其分析

馬歇爾試驗(yàn)是在基體瀝青內(nèi)添加質(zhì)量為3%的混合料，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行添加巖瀝青。為保持與施工現(xiàn)場的施工工藝一致，本次馬歇爾試驗(yàn)運(yùn)用干性攪拌工藝。本試驗(yàn)項(xiàng)目運(yùn)用的摻雜巖瀝青數(shù)量為3%，所謂摻雜數(shù)量3%就是特指摻雜巖瀝青數(shù)量占所有混合料的總體比重，改性瀝青的混合料進(jìn)行拌合的溫度實(shí)際就是瀝青的加熱溫度，一般都控制在158℃～165℃，對礦料進(jìn)行進(jìn)一步加熱的溫度選擇約為178℃～189℃；改性瀝青的混合料進(jìn)行拌和的溫度保持在165℃～175℃，溫度浮動范圍±5℃，對改性瀝青進(jìn)行擊實(shí)的溫度選擇156℃～166℃。通過試驗(yàn)，可以得出如下的幾個(gè)結(jié)論：

（1）不摻雜巖瀝青要比摻雜3%巖瀝青的最佳狀態(tài)油石比率要高出約0.6，且這兩者間的最佳狀態(tài)油石比的實(shí)際差值，要直接與巖瀝青內(nèi)所含有的大約23%的純?yōu)r青以及混合料的拌合溫度有高度的相關(guān)性。

（2）不摻雜巖瀝青比摻雜3%巖瀝青的空隙率要顯得稍大，造成這一情況的主要原因是，有一些巖瀝青的流體成分會填充原來巖瀝青改性瀝青的微小空隙。

（3）不摻雜巖瀝青比摻雜3%巖瀝青導(dǎo)致殘留的穩(wěn)定度更低，測定的數(shù)據(jù)也進(jìn)一步表明這一點(diǎn)，殘留穩(wěn)定度實(shí)際提高的幅度大約在6.5%左右。造成這一結(jié)果的原因是巖瀝青中各構(gòu)成主要部分的分子量比較大，當(dāng)這些大分子緩慢溶解于基體瀝青后，在高溫以及瀝青小分子充分的作用下，會導(dǎo)致巖瀝青內(nèi)部大分子膠束發(fā)生破裂，因而表現(xiàn)出了更多的活性分解點(diǎn)，迅速和那些小分子成分通過半聚合作用相互結(jié)合。

3 巖瀝青改性瀝青路用性能分析

3.1 高溫條件下的穩(wěn)定性

從前述試驗(yàn)的結(jié)果不難看出，添加了布敦巖瀝青后的改性瀝青其高溫條件下穩(wěn)定性能變得更好。改性瀝青材料的動穩(wěn)定度為從完全不摻雜布敦巖瀝青時(shí)的1975次/mm大幅增加到摻雜了3%布敦巖瀝青后的3201次/mm，實(shí)際的動穩(wěn)定度的提升幅度約為63%。同時(shí)，對比試驗(yàn)樣本的總變形程度能夠看出，對于不摻雜布敦巖瀝青，60分鐘位移的平均值保持在4mm，而摻雜了3%布敦巖瀝青后，60分鐘位移平均值大約為1.2mm，總體的變形降低幅度還是比較大的。

通過車轍試驗(yàn)，也可得出改性瀝青材料在高溫條件下的路用性能，由此可知，摻雜布敦巖瀝青能夠提升改性瀝青材料的高溫條件下的路用性能，試驗(yàn)測試結(jié)果與巖瀝青的物理構(gòu)成有直接關(guān)系。蠟對于瀝青的路用性能影響很大，蠟含量越高，瀝青的路用性能就越差。對于布敦巖瀝青而言，其在原油狀態(tài)時(shí)成分中也含有蠟，在地殼運(yùn)動的漫長周期里與各種因素發(fā)生作用，含有的蠟數(shù)量大幅降低，逐漸轉(zhuǎn)化為其他的存在形式。當(dāng)把布敦巖瀝青摻雜到普通的瀝青當(dāng)中后，在成分進(jìn)行重組的過程中，也會將該特性傳遞給基體瀝青，進(jìn)一步減小了石蠟對瀝青性能的危害。

3.2 水凍融穩(wěn)定性

通過試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，摻雜了布敦巖瀝青的改性瀝青材料其水穩(wěn)定性能表現(xiàn)更好。經(jīng)循環(huán)凍融試驗(yàn)后，摻雜改性瀝青材料的水穩(wěn)定性發(fā)生了很大的變化，有了顯著的提升，且其劈裂強(qiáng)度的降低非常小，基本保持在98.9%以上，這也說明布敦巖瀝青的摻雜提升了改性瀝青材料的路用界面防水性能，并且因?yàn)椴级貛r瀝青中還含有一部分沒有分解的低分子成分，會很好地填充那些基體瀝青的結(jié)構(gòu)空隙，進(jìn)而改變了改性瀝青材料的微觀構(gòu)造，降低了水分存留凍融對路面造成的損害。試驗(yàn)證明，摻雜了3%比重的布敦巖瀝青，試驗(yàn)整體材料的劈裂凍融抗壓及拉伸強(qiáng)度要大大高過技術(shù)指標(biāo)中不低于80%的要求。

3.3 低溫彎曲性能

衡量改性瀝青材料的路用性能不能只考慮材料的強(qiáng)度和變形，低溫下的彎曲性能也是必須重點(diǎn)考察的內(nèi)容。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相同承受速率和溫度下，摻雜了3%布敦巖瀝青的彎曲應(yīng)變數(shù)值從11.51 被提升到了12.24 ，其應(yīng)變密度增長率約為8%。

4 布敦巖瀝青BRA作為一種天然瀝青改性劑，具有其他改性劑無法比擬的優(yōu)勢

4.1 抗剝離性

布敦巖瀝青中，氮元素以官能團(tuán)形式存在，這使巖瀝青與集料牢牢地吸附在一起，使其與集料的粘附性及抗剝離性得到明顯的改善。

4.2 抗車轍性

現(xiàn)如今瀝青路面的流變是道路上最常見的瀝青路面破損現(xiàn)象。在路面的后期養(yǎng)護(hù)維修統(tǒng)計(jì)中，約有90%是因?yàn)檐囖H引起的變形破壞。試驗(yàn)證明，布敦巖瀝青改性劑能夠很好地解決目前道路瀝青路面由于大交通量、超重超載、渠化交通等引起的路面車轍深度和疲勞剪切裂紋的出現(xiàn)。

4.3 耐候性

由于表面形成致密光亮保護(hù)膜的特點(diǎn)極大地改善了瀝青的耐候性和抗紫外線能力，提高了瀝青路面的耐久性，從而延長了道路的使用壽命。

4.4 抗老化、抗高溫

布敦巖瀝青本身的軟化點(diǎn)達(dá)到150℃以上，其本身極易與石油瀝青相溶，屬于瀝青基對瀝青基的摻配，優(yōu)化其抗高溫、老化性能。

4.5 經(jīng)濟(jì)效益

天然瀝青的配比是根據(jù)公路的技術(shù)設(shè)計(jì)來配比的，一噸布敦巖瀝青價(jià)格大約為2500左右，與普通石油瀝青價(jià)格相當(dāng)，在改善路用性能的情況下后期維護(hù)費(fèi)用大大減少。

結(jié)語

綜上所述，摻雜了巖瀝青的改性瀝青材料在路面性能試驗(yàn)中表現(xiàn)優(yōu)異，之所以會這樣，與巖瀝青的成分構(gòu)造密切相關(guān)。在當(dāng)今我國基礎(chǔ)工程需求強(qiáng)烈建設(shè)日新月異的情況下，改性瀝青材料必然會有巨大的用途和發(fā)展空間。從研究者的角度說，要結(jié)合國家的發(fā)展需要，根據(jù)自己的專業(yè)特長，挖掘新型瀝青材料的路用技術(shù)性能和最佳應(yīng)用措施，通過不斷試驗(yàn)，找到性價(jià)比最高的可行性辦法，推動國家基礎(chǔ)建設(shè)取得更大的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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